Източникът на електрически ток е устройство, с което се създава електрически ток в затворена електрическа верига. В момента са измислени голям брой видове такива източници. Всеки вид се използва за специфични цели.
Съдържание
Видове източници на електрически ток
Има следните видове източници на електрически ток:
- механични;
- термичен;
- светлина;
- химически.
Механични източници
Тези източници превръщат механичната енергия в електрическа. Преобразуването се извършва в специални устройства - генератори. Основните генератори са турбогенератори, при които електрическата машина се задвижва от газов или парен поток, и хидрогенератори, които преобразуват енергията на падащата вода в електричество. По-голямата част от електричеството на Земята се произвежда именно от механични преобразуватели.
Източници на топлина
Тук топлинната енергия се превръща в електрическа. Появата на електрически ток се дължи на температурната разлика между две двойки контактни метали или полупроводници - термодвойки. В този случай заредените частици се прехвърлят от нагрята зона в студена. Големината на тока зависи пряко от температурната разлика: колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-голям е електрическият ток. Термодвойки на базата на полупроводници дават термоелектрическа мощност 1000 пъти по-голяма от биметалните, така че от тях могат да се правят източници на ток. Металните термодвойки се използват само за измерване на температурата.
СПРАВКА! За да получите термодвойка, трябва да свържете 2 различни метала.
Понастоящем са разработени нови елементи въз основа на преобразуването на топлината, отделена при естествения разпад на радиоактивните изотопи. Такива елементи се наричат радиоизотопен термоелектричен генератор. В космическите кораби генератор, използващ изотопа плутоний-238, се е доказал добре. Той дава мощност от 470 W при напрежение 30 V. Тъй като полуживотът на този изотоп е 87,7 години, животът на генератора е много дълъг. Биметална термодвойка се използва за преобразуване на топлина в електричество.
източници на светлина
С развитието на физиката на полупроводниците в края на 20-ти век се появяват нови източници на ток - слънчеви батерии, в които светлинната енергия се превръща в електрическа. Те използват свойството на полупроводниците да произвеждат напрежение, когато са изложени на светлинен поток. Този ефект е особено силен в силициевите полупроводници. Но все пак ефективността на такива елементи не надвишава 15%.Слънчевите панели станаха незаменими в космическата индустрия и започнаха да се използват в ежедневието. Цената на такива захранвания непрекъснато намалява, но остава доста висока: около 100 рубли за 1 ват мощност.
Химически източници
Всички химически източници могат да бъдат разделени на 3 групи:
- галванични
- Батерии
- Термичен
Галваничните елементи работят въз основа на взаимодействието на два различни метала, поставени в електролит. Различни химични елементи и техните съединения могат да служат като двойки метали и електролит. Видът и характеристиките на елемента зависят от това.
ВАЖНО! Галваничните елементи се използват само веднъж, т.е. Веднъж изписани, те не могат да бъдат възстановени.
Има 3 вида галванични източници (или батерии):
- Сол;
- Алкална;
- литий.
Солените или по друг начин "сухи" батерии използват пастообразен електролит от сол на метал, поставен в цинкова чаша. Катодът е графитно-манганов прът, разположен в центъра на чашата. Евтините материали и лекотата на производство на такива батерии ги направиха най-евтините от всички. Но по отношение на характеристиките те са значително по-ниски от алкалните и литиевите.
Алкалните батерии използват пастообразен разтвор на алкали, калиев хидроксид, като електролит. Цинковият анод беше заменен с цинк на прах, което направи възможно увеличаването на токовия изход от елемента и времето за работа. Тези елементи служат 1,5 пъти по-дълго от солените.
В литиевата клетка анодът е направен от литий, алкален метал, което значително увеличава продължителността на работа. Но в същото време цената се увеличи поради относителната висока цена на лития. Освен това литиевата батерия може да има различно напрежение в зависимост от материала на катода.Те произвеждат батерии с напрежение от 1,5 V до 3,7 V.
Батериите са източници на електрически ток, които могат да бъдат подложени на много цикли зареждане-разреждане. Основните видове батерии са:
- Оловна киселина;
- литиево-йонни;
- Никел-кадмий.
Оловно-киселинните батерии се състоят от оловни пластини, потопени в разтвор на сярна киселина. При затваряне на външна електрическа верига възниква химическа реакция, в резултат на която оловото се превръща в оловен сулфат на катода и анода и също се образува вода. По време на зареждане оловен сулфат на анода се редуцира до олово, а на катода до оловен диоксид.
СПРАВКА! Един елемент на оловно-цинкова батерия генерира напрежение от 2 V. Свързвайки елементите последователно, можете да получите всяко напрежение, което е кратно на 2. Например в автомобилните акумулатори напрежението е 12 V, т.к. свързани 6 елемента.
Литиево-йонната батерия получи името си от факта, че литиеви йони служат като носител на електричество в електролита. Йоните произхождат от катода, който е направен от литиева сол върху субстрат от алуминиево фолио. Анодът е изработен от различни материали: графит, кобалтови оксиди и други съединения върху субстрат от медно фолио.
Напрежението, в зависимост от използваните компоненти, може да бъде от 3 V до 4,2 V. Поради ниското саморазреждане и големия брой цикли на зареждане-разряд, литиево-йонните батерии станаха много популярни в домакинските уреди.
ВАЖНО! Литиево-йонните батерии са много чувствителни към презареждане.Следователно, за да ги зареждате, трябва да използвате зарядни устройства, предназначени само за тях, които имат вградени специални вериги, които предотвратяват презареждането. В противен случай батерията може да се унищожи и да се запали.
При никел-кадмиеви батерии катодът е направен от никелова сол върху стоманена мрежа, анодът е направен от кадмиева сол върху стоманена мрежа, а електролитът е смес от литиев хидроксид и калиев хидроксид. Номиналното напрежение на такава батерия е 1,37 V. Тя може да издържи от 100 до 900 цикъла на зареждане-разреждане.
СПРАВКА! Никел-кадмиевите батерии могат да се съхраняват в разредено състояние, за разлика от литиево-йонните.
Топлинните химични елементи служат като резервни източници на енергия. Те дават отлични характеристики по отношение на специфичната плътност на тока, но имат кратък експлоатационен живот (до 1 час). Използват се основно в ракетната техника, където са необходими надеждност и краткотрайна работа.
ВАЖНО! Първоначално топлинните химически източници не могат да произвеждат електрически ток. В тях електролитът се съдържа в твърдо състояние и за привеждане на батерията в работно състояние е необходимо нагряване до 500-600 ° C. Такова нагряване се извършва от специална пиротехническа смес, която се запалва в точния момент.
Разликата между реален източник и идеален
Идеалният източник, според законите на физиката, трябва да има безкрайно вътрешно съпротивление, за да осигури постоянен електрически ток в товара. Реалните източници имат ограничено вътрешно съпротивление, което означава, че токът зависи както от външния товар, така и от вътрешното съпротивление.
Ето кратко обобщение на разнообразието от съвременни източници на електрически ток. Както се вижда от прегледа, към днешна дата са създадени впечатляващ брой източници с характеристики, подходящи за всяко приложение.
Подобни статии:
